I costi della power quality nei sistemi di automazione industriale.

Dalla rivista:
Automazione e Strumentazione

Pubblicato il 20 giugno 2002

L’operazione di avvolgimento del filo sulle rocche è molto delicata, poiché deve essere disposto su ciascun cilindretto in modo ordinato, così da poter essere srotolato rapidamente e senza che si rompa nella fase di orditura e tessitura. Un buco di tensione è sufficiente per danneggiare il ciclo produttivo, infatti avendo come primo effetto un rallentamento della velocità di rotazione degli organi meccanici che fanno scorrere il filo, si verificano: nella fase di gasatura un’eccessiva esposizione del sottile filo di cotone alla fiamma dei bruciatori con conseguente bruciatura e quindi interruzione del filato, nelle fasi di roccatura il filo viene strappato a causa della perdita di sincronismo fra l’operazione di scorrimento dello stesso, che viene rallentata, e quella di rotazione della rocca, che essendo caratterizzata da un’inerzia maggiore mantiene la propria velocità. Qualora si verifichino un buco di tensione o un’interruzione, venendo a mancare la continuità del filo, tutte le macchine si fermano: a questo punto si innesca l’insieme delle operazioni per il ripristino del ciclo produttivo. Queste ultime consistono nel riannodare manualmente tutti i fili interrotti reinserendoli nelle apposite aspe. Poiché le macchine usate sono generalmente caratterizzate da un centinaio di rocche ciascuna, è evidente che l’operazione occupa molto tempo. In particolare, sono disposte otto macchine, ciascuna con circa settanta aspe e il tempo di ripristino del ciclo produttivo, impiegando tre operai, è di circa 2-3 ore. Per fare una valutazione economica delle conseguenze dei disturbi è necessario considerare le seguenti voci di costo: 1. perdita del materiale in trasformazione; 2. costo manodopera impiegata per le operazioni di ripristino del ciclo produttivo; 3. mancato utile per il tempo di riavviamento; 4. mancato utile per il tempo di interruzione (escluso quello già considerato nel tempo di ripristino); 5. costo della manodopera per la durata dell’interruzione, eliminando da esso il tempo di ripristino, già considerato. La prima voce nel nostro caso è assente perché il materiale non viene danneggiato, il filo interrotto è semplicemente riannodato. Le voci 2 e 3 costituiscono l’insieme dei termini che concorrono a definire i costi fissi, cioè presenti per il solo fatto che si siano verificati un’interruzione o un buco di tensione sufficientemente profondo, indipendentemente dalla durata del fenomeno; dipendono invece da questo parametro i costi variabili definiti nei punti 4 e 5. Dai calcoli effettuati sui dati sopra riportati e con le procedure descritte in [6] si ricava un danno associato ai disturbi pari a 3.600,00 euro/anno. Come interventi per ridurre gli effetti dei disturbi, si può pensare all’installazione di gruppi statici di continuità che proteggano le utenze privilegiate dell’azienda tessile, cioè le macchine operatrici dei reparti di filatura e roccatura (con potenza di circa 200 kVA). Per lavorare in completa sicurezza è necessario installare un Ups da 400 kVA, questo comporta un costo di 46 mila euro circa più 5 mila euro per l’installazione. Stimando la vita media del gruppo statico in vent’anni e tenendo conto dei costi di manutenzione, si ottengono dall’analisi costibenefici maggiori spese annue pari a 600,00 euro circa, evidenziando quindi che nel caso della piccola azienda considerata l’investimento per l’intervento di immunizzazione non è vantaggioso. Il risultato ottenuto dipende sostanzialmente dal fatto che le interruzioni non implicano un deterioramento del prodotto in lavorazione, trattandosi semplicemente di cotone, e le macchine non subiscono danni per la mancata alimentazione. Per altre aziende del settore, più precisamente nelle chimico-tessili, le conseguenze dei disturbi sono più rilevanti, sia in termini di prodotto deteriorato sia per lo stesso ciclo produttivo: in questi casi scegliere di realizzare investimenti come quello proposto nel caso analizzato può essere molto conveniente.

Grande industria del settore tessile

L’esempio in oggetto è quello di una grossa azienda produttrice di filo di Poliammide 6, circa 70.000 kg al giorno. L’utenza considerata è alimentata in At ed esiste un impianto di cogenerazione; la potenza massima impegnata è di 8,5 MW e il consumo energetico medio mensile è di circa 5.800 MWh; si considera nell’analizzare quest’ultimo dato che l’azienda lavora a ciclo continuo. In relazione al livello qualitativo dell’alimentazione elettrica si possono fare diverse osservazioni, così riassumibili:
– disturbi e loro caratteristiche: da una campagna di monitoraggio dei disservizi dell’alimentazione si è osservato che nel corso di un anno si verificano mediamente da sette a nove microinterruzioni ed un’interruzione della durata massima di dieci minuti;
– Ups: sei da 500 kVA, uno da 160 kVA, cinque da 6 kVA (per rete informatica);
– stima dei costi da parte dell’azienza: superiori a 180 mila euro/anno.
I processi produttivi che caratterizzano l’azienda considerata sono in parte propri del settore tessile e in parte propri del settore chimico; in particolare sono caratterizzati dalla presenza dei seguenti componenti sensibili: Asd, Plc, Pc e microprocessori. Le curve di suscettibilità di questi componenti sono riportate nella Figura 2, esse evidenziano l’estrema sensibilità del sistema complessivo a microinterruzione e buchi di tensione (con durata ed ampiezza variabili a seconda del componente). Durante lo studio condotto sono stati valutati gli effetti dei disturbi e si possono così riassumere: – conseguentemente a un fenomeno disturbante recepito dal sistema come una microinterruzione si verifica un fermo del ciclo produttivo di circa due ore; – una lunga interruzione (da 5 a 10 minuti) implica un tempo di ripristino di ben 18 ore; – i fenomeni indicati provocano la degradazione del materiale in lavorazione, più precisamente la bobina di tessuto in macchina al momento dell’interruzione (breve o lunga) è irrimediabilmente rovinata, perdendo così il livello qualitativo richiesto dal cliente; conseguenza immediata è il declassamento della bobina che perde fino al 50% del suo valore. Tenendo conto dei costi legati al fermo macchina (costo della manodopera inutilizzata, mancato utile, costo dell’energia impiegata nel riavviamento, spese energetiche per mantenere attivi gli utilizzatori che non risentono del disturbo ma sono indispensabili durante il fermo, come ad esempio l’illuminazione), e del deprezzamento della bobina in lavorazione, è stato valutato il costo orario medio legato ad un’interruzione in 7.800,00 euro; tale valore può variare in base all’istante in cui si verifica l’interruzione e quindi il diverso danneggiamento delle bobine in lavorazione (in generale il costo orario può variare fra un minimo di 5 mila euro e un massimo di 10 mila euro). L’onere stimato, apparentemente elevato, comprende la mancata produzione oraria di 3mila kg di tessuto speciale.